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模擬及測量氧化矽(SiO2)塗層在鋁鏡上的反射率
前言
利用10Spec反射式附件，測量塗在鋁鏡上的氧化矽(SiO2)薄層之反射率。量測出的光譜數據結果，可輸入FilmStarTM 軟體中來預測計算薄膜的厚度。
在光學行業中的許多應用，如玻璃業、眼鏡業、鍍面處理相關行業，都需要高反射率的表面，讓整個光路徑中保持光源匯集的強度。在這些應用當中，鋁(Aluminum)是對於可見光光譜 (400 - 800 nm)最佳的材料。因為鋁非常地柔軟，因此需要塗上耐磨層以維護表面的強度，並且需定期清潔光學表面。
氧化矽(SiO2)可以保護鋁，同時也不會影響可見光的反射率。先前的文獻表示氧化矽(SiO2)可防止鋁鏡的磨損，並提供屏障保護。在MIL-C-48497[1,2]的測試中，建議最薄的塗層厚度為 200 nm。
實驗條件
在PIKE(光譜儀量測附件供應商)的實驗室中，利用約為1 x 10-4 Torr的腔體壓力，並透過使用氬氣，對鍍鋁的玻璃基板，進行10分鐘的吹掃。在氬氣吹掃清潔之後，在溫度為200°C下立即將氧化矽(SiO2)膜沉積到基板上。
圖1.Pike UV-Vis 10Spec
使用紫外可見光光譜儀(Evolution One)搭配10Spec鏡面反射附件，在400 -800 nm範圍內測量樣品的鏡面反射率。該附件有一個固定10度的入射角。它的光學元件將光束聚焦為直線光束，形成均勻的10 度角入射樣品。10Spec鏡面反射附件，使用光譜範圍為紫外光(UV)到遠紅外光(Far-IR)，波長範圍為190-1100 nm。
圖2.Thermo紫外可見光光譜儀Evolution One
預測模型-模擬SiO2 在可見光譜範圍內的反射率
FilmStar軟體用於計算，模擬氧化矽(SiO2)在可見光譜範圍內的反射率。為了有效地提高塗層的光學特性，假設氧化矽(SiO2)的在波長為450 nm處時，折射率n = 1.46。FilmStar軟體被用於模擬計算鋁鏡上，理想保護塗層反射率的計算。模擬反射率在波長範圍內皆大於83 %，對於大多數的光學應用是可以被接受的數據。
結果-450 nm處具有微小的差異
氧化矽(SiO2)塗層具有均勻的測量反射率波長範圍，見圖3。使用紫外可見光光譜儀量測結合 FilmStar 軟體模擬計算功能，能確定塗層厚度約為220 nm[3] 。10Spec反射式附件量測的結果與FilmStar軟體模擬計算結果相比，兩者反射率非常相似。但由於FilmStar軟體所使用的K參數略有不同，在大約波長450 nm處可以能觀察到一點些微的差異。
圖3.藍色線為FilmStar 模擬計算SiO2塗層藍色的反射率
紅色線為儀器測得沉積在鍍鋁玻璃基板上的SiO2塗層的反射率
結論-10Spec鏡面反射附件所量測非常接近正常的測量值
10Spec鏡面反射附件所量測的數據非常接近正常的測量值。獲得的光譜可用作FilmStar軟體或其他光學測量模擬軟體的交叉驗證。
